NAK80 против S136 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

NAK80 и S136 — это два широко используемых сталей для форм в отраслях литья под давлением и инструментального производства. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между этими марками при проектировании форм для коррозионных сред, высокоглянцевых отделок или деталей, требующих длительного срока службы. Выбор часто балансирует между коррозионной стойкостью, полируемостью, закаливаемостью, прочностью, стоимостью и потребностями последующей обработки.

Основное практическое различие между двумя марками заключается в их легировании и акценте на обработку: одна оптимизирована в первую очередь для повышенной стойкости к коррозионным воздействиям и превосходной полируемости в формованных пластиках, в то время как другая предлагает другой баланс коррозионной стойкости с улучшенной механической прочностью и стойкостью для более тяжелых применений форм. Оба материала обсуждаются здесь с точки зрения стандартов, химического состава, микроструктуры и реакции на термическую обработку, механического поведения, свариваемости, коррозионных характеристик, свойств обработки, применения и соображений при закупке.

1. Стандарты и обозначения

• Общие стандарты и торговые обозначения:
• S136: часто упоминается как мартенситная нержавеющая сталь для форм, используемая в Европе и по всему миру (обычно продается несколькими производителями под обозначением S136 или его эквивалентами).
• NAK80: коммерческое обозначение нержавеющей стали для форм, используемое в основном в Азии и международно конкретными производителями; иногда указывается в продуктовой литературе, а не как единое международное стандартное обозначение.
• Типичные стандартные семьи для консультации по эквивалентам и спецификациям включают:
• ASTM / ASME (спецификации инструментальных сталей и нержавеющих инструментальных сталей)
• EN (европейская номенклатура стандартов стали и эквиваленты)
• JIS (японские промышленные стандарты; некоторые коммерческие марки происходят из Японии)
• GB (китайские национальные стандарты могут перечислять эквивалентные нержавеющие стали для форм)
• Классификация:
• Обе марки NAK80 и S136 являются нержавеющими инструментальными/формовочными сталями (мартенситные нержавеющие стали для форм), т.е. это инструментальные стали с коррозионно-стойкой химией, а не обычные углеродные или HSLA стали.

2. Химический состав и стратегия легирования

Примечания: - Точные количественные составы варьируются в зависимости от производителя и должны быть проверены по сертификату завода для каждой партии. Таблица сообщает о типичном содержании и стратегии легирования, а не о конкретных весовых процентах. - Резюме стратегии легирования: обе марки в основном полагаются на хром для обеспечения коррозионной стойкости. Варианты NAK80 от некоторых производителей акцентируют внимание на азоте и тщательно сбалансированном легировании для улучшения коррозионной стойкости при сохранении обрабатываемости и сквозной закалки. S136 разработан для высокой коррозионной стойкости и полируемости, часто оптимизирован для форм, где необходимо минимизировать пятна или ржавчину.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

• Типичные микроструктуры после обработки:
• Обе марки являются мартенситными нержавеющими сталями после соответствующей термической обработки. В отожженном состоянии они обычно мягкие, имеют ферритные/частично отожженные микроструктуры, подходящие для обработки.
• Маршруты термической обработки и реакции:
• Отжиг: Выполняется для смягчения и стабилизации состава для обработки; производит относительно мягкий феррит/перлит или закаленный мартенсит в зависимости от марки и точного цикла отжига.
• Закалка (растворная обработка / аустенизация и закалка): Обе марки аустенизируются при температуре, специфичной для марки, чтобы растворить карбиды, а затем закаливаются для формирования мартенсита. Распределение карбидов и оставшийся аустенит зависят от легирования (Cr, Mo, N).
• Закалка: Используются несколько циклов закалки для достижения целевой твердости и прочности; закалка снижает внутренние напряжения и корректирует прочность за счет некоторой твердости.
• Влияние легирования:
• Хром и молибден стабилизируют карбиды и влияют на стойкость к закалке; более высокое содержание Cr поддерживает коррозионную стойкость, но может влиять на размер и распределение карбидов, что влияет на полируемость.
• Азот (когда присутствует) может увеличить твердость и коррозионную стойкость за счет упрочнения твердого раствора и осаждения нитридов; он также может снизить оставшийся аустенит, если используется осторожно.
• Соображения по обработке:
• Контроль температуры аустенизации, жесткости закалки и графика закалки критически важен для получения необходимой комбинации твердости, однородности и полируемости.
• Электрошлаковая переплавка (ESR) или процессы вакуумной плавки часто используются для S136 и высококачественного NAK80, чтобы обеспечить чистоту и тонкое распределение карбидов, что имеет решающее значение для полировки и коррозионных свойств.

4. Механические свойства

Интерпретация: - Обе марки могут быть термически обработаны до схожих диапазонов твердости, подходящих для форм для литья под давлением; однако тонкие различия в легировании означают, что варианты NAK80 могут предлагать немного более высокую прочность при некоторых условиях закалки, в то время как S136 обычно используется, когда коррозионная стойкость и отделка поверхности имеют первостепенное значение. - Точные механические характеристики зависят от химии завода и выбранного графика термической обработки; проконсультируйтесь с техническими паспортами поставщика для получения конкретных значений прочности на растяжение, предела прочности и ударной прочности.

5. Свариваемость

• Факторы, влияющие на свариваемость: углеродный эквивалент, легирующие элементы, которые увеличивают закаливаемость (Cr, Mo, V), и наличие азота или образователей карбидов.
• Полезные формулы для оценки свариваемости (интерпретировать качественно, а не количественно):
• $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Качественная интерпретация:
• Обе марки NAK80 и S136 являются нержавеющими инструментальными сталями с легированием, которое увеличивает закаливаемость по сравнению с обычными углеродными сталями; поэтому предварительный подогрев, контроль температуры между проходами и постсварочная закалка обычно необходимы для предотвращения трещин.
• Азот в некоторых вариантах NAK80 может усложнить сварку, изменяя поведение затвердевания и способствуя пористости; S136 с высоким содержанием Cr и Mo может быть подвержен мартенситной закалке в зоне термического воздействия.
• Для критических форм сварка часто минимизируется; при необходимости используйте соответствующие filler metals, предназначенные для мартенситных нержавеющих инструментальных сталей, и следуйте рекомендованным поставщиком процедурам предварительного подогрева и термической обработки после сварки.

6. Коррозия и защита поверхности

• Для нержавеющих сталей для форм врожденная коррозионная стойкость обеспечивается хромом (а иногда и Mo, N). Использование индексов:
• Эквивалентный номер коррозионной стойкости осаждения (PREN) полезен для аустенитных нержавеющих сталей, но может быть использован для получения направленного понимания: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Интерпретация: PREN наиболее применим к аустенитным маркам; для мартенситных нержавеющих сталей для форм формула предлагает направленное указание, но не является окончательным предсказателем коррозионного поведения в эксплуатации.
• Не нержавеющие альтернативы:
• Если выбрана не нержавеющая инструментальная сталь, стандартные коррозионные защиты включают оцинковку, покраску, покрытие или локальные покрытия. Для нержавеющих сталей для форм, таких как NAK80 и S136, пассивность поверхности снижает необходимость в жертвенной защите во многих условиях формовки.
• Практические заметки:
• S136 часто выбирается, когда требуется долговременная стойкость к пятнам и умеренным коррозионным средам, особенно для форм с водяным охлаждением или форм, производящих коррозионные пластики или коррозионные формованные среды.
• Отделка поверхности и чистота микроструктуры (низкое содержание неметаллических включений) имеют решающее значение для коррозионной стойкости и блеска; стали, обработанные ESR или вакуумом, здесь превосходят.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Обрабатываемость:
• Обе марки в отожженном состоянии обрабатываются достаточно хорошо; однако нержавеющие мартенситные инструментальные стали могут упрочняться в процессе работы и требуют соответствующего инструмента, подачи и скорости.
• Рекомендуется использовать карбидные инструменты и стабильные настройки машин для высокоточной обработки.
• Формуемость:
• Эти марки обычно не используются для обширного формования; сгибание возможно в отожженном состоянии, но требует внимания к пружинистости и трещинам на краях.
• Отделка:
• Полировка до зеркального блеска является общим требованием; S136 часто выбирается за его превосходную полируемость, когда он производится с чистой микроструктурой и мелким размером карбидов.
• Поверхностные обработки (нитридирование, хромирование) иногда используются в зависимости от потребностей в износе и коррозии; поведение нитридирования зависит от базовой химии (наличие N и поведение диффузии).

8. Типичные применения

Обоснование выбора: выбирайте на основе доминирующего требования — сопротивление нагрузкам и износу против максимальной коррозионной стойкости и полируемости.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость:
• Обе марки являются специализированными нержавеющими инструментальными сталями и, как правило, стоят дороже, чем обычные стали для форм (например, P20). Относительная стоимость зависит от рынка, завода и обработки (ESR/вакуумная плавка увеличивает стоимость).
• S136, особенно когда поставляется как материал ESR или вакуумной очистки, часто находится на верхнем уровне ценового спектра по сравнению с обычными нержавеющими инструментальными сталями.
• Цены на NAK80 зависят от производителя, добавления азота и обработки; она может быть конкурентоспособной с другими нержавеющими сталями для форм, но точную стоимость необходимо проверять у поставщиков.
• Доступность по форме продукта:
• Обе марки доступны в виде блоков, плит, прутков и предварительно закаленных плит от крупных поставщиков инструментальных сталей; сроки поставки варьируются в зависимости от завода и того, является ли продукт ESR или специальной обработки.
• Глобальная доступность, как правило, хорошая, но закупка больших секций или специфических обработанных условий (предварительно закаленные и полированные плиты) может потребовать более длительных сроков поставки.

10. Резюме и рекомендации

Рекомендация: - Выберите NAK80, если вам нужна нержавеющая сталь для форм, которая обеспечивает баланс коррозионной стойкости с улучшенной механической прочностью и стойкостью для форм, подверженных более высоким нагрузкам, повторным механическим воздействиям или где легирование с добавлением азота предлагает преимущества в производительности. - Выберите S136, если приоритетом является максимальная стойкость к пятнам, превосходная полируемость и проверенная эффективность для высокоглянцевых, коррозионно-чувствительных форм (например, косметических, медицинских или водяных форм, где внешний вид поверхности и долговременная коррозионная стойкость имеют критическое значение).

Заключительная заметка: NAK80 и S136 являются сильными кандидатами для коррозионно-стойких форм. Правильный выбор марки зависит от конкретного взаимодействия условий эксплуатации (коррозионное воздействие, охлаждающая среда), требуемой отделки поверхности, условий нагрузки и износа, а также ограничений обработки. Всегда проверяйте сертификаты завода, рекомендации по термической обработке от поставщиков и проводите пробную обработку, если требуется критическая производительность или квалификация.